1. 6.6. Apsorpcija zračenja 6.7. Optička aktivnost Lamber-Berov zakon
Boja i struktura molekula
6.7. Optička aktivnost
Specifična rotacija

2. Apsorpcija zračenja Grotus-Draperov zakon: I0 = IA + IT + IR
refleksija
transparencija
apsorpcija

3. Energetski nivoi u molekulima su mnogo složeniji od onih u atomima
Svaki elektronski nivo ima mnogo
vibracionih a svaki vibracioni mnogo
rotacionih nivoa
Čisti elektronski
energetski nivoi
Atomski
Molekulski

4. između svih ovih nivoa nastaje širok spektar a ne niz oštrih linija
Linijski emisioni spektar atoma
Osnovno stanje se sastoji od jednog elektronskog energetskog nivoa, jednog ili više vibracionih i
velikog broja rotacionih stanja. Slično je sa pobuđenim stanjima. Pri prelazu
između svih ovih nivoa nastaje širok spektar a ne niz oštrih linija
Širok apsorpcioni spektar molekula

5. A = f[analit]: A = m[analit] + b
Količina apsorbovane svetlosti je proporcionalna koncentraciji analita.
A = f[analit]: A = m[analit] + b
UV: 180 – 380
Vid: 380 – 780
nanometri nm 1nm = 1 x 10-9m
Zračenje i spektroskopija
Zračenje
Talasna dužina: , m
Prelazi
Gama zraci
5 x – 1.4 x 10-10
Nuklearni
X-zraci
1 x – 1 x 10-8
unutrašnji elektroni
UV- vidljiva
1.8 x 10-7 – 7.8 x 10-7
elektroni veza
infracrvena
7.8 x 10-7 – 3 x 10-4
Molekulske vibracije
mikrotalasna
7.5 x 10-4 – 3.75 x 10-3
Molekulske rotacije 
Fotoni ili talasni paketi energije E = hc/ E

6. Izvođenje Lambet-Beer-ovog zakona
Shematski prikaz jednostavnog spektrometra I
Izvor
svetlosti
Disperzioni element I0
Uzorak
Detektor
svetlosti
Intenzitet svetlosti, I, je energija u jedinici vremena po jedinici površine po jediničnom prostornom uglu
Transparencija je T=I/I0

7. Izvođenje A=ecb Smanjenje intenziteta svetlosti je srazmerno debljini
Upadna
svetlost
Propuštena
svetlost
Rastvor koji
apsorbuje I
I-dI
Smanjenje intenziteta svetlosti je srazmerno debljini
sloja dx i koncentraciji c:
 konstanta proporcionalnosti

8. Deljenjem obe strane sa I Sada integralimo obe strane
I-dI
Deljenjem obe strane sa I
Sada integralimo obe strane

9. Sada integralimo obe strane:
Dobija se:

10. Beer-Lambert-ov zakon
A =a c b
A = m[analit] + d 
Beer-ov zakon
A  c
Lambert-ov zakon
A  b +
c - koncentracija
konstanta proporcionalnosti je ekstinkcioni koeficijent
a- molarna apsorptivnost.
a je nagib zavisnosti
A od c.
Veličina a () zavisi od talasne dužine.
Jedinice a
koncentracija-1.dužina-1
tj.: dm3 mol-1 cm-1

11. Apsorpcija zračenja
Apsorpcioni spektar
Analitička prava

12. Ograničenja Beer-ovog zakona
Realna
Pri velikim koncentracijama dešavaju se efekti interakcije između apsorbujućih vrsta
Hemijska
Analit disosuje/asosuje ili reaguje sa rastvaračem
Instrumentalna
ε = f(λ); većina svetlosnih izvora su polihromatski a ne monohromatski
rasejana svetlost nastala refleksijom na monohromatoru

13. Mnoge organske funkcionalne grupe imaju dobro definisane apsorpcione
Kvalitativno: A =a c 
Mnoge organske funkcionalne grupe imaju dobro definisane apsorpcione
karakteristike: max &  ili a (obično u UV)
- napraviti rastvor poznate koncentracije (c)
- snimiti spektar između 180 i 350nm
- identifikovati max, izračunati  ili a
Prelazni metali često obojeni zbog prelaza između d orbitala – apsorbuju u vidljivoj oblasti, broj pikova i max & 
identifikuju metalni jon & geometriju - Oh vs Td
SWH p560
Ne-obojeni analiti mogu reagovati dajući obojena jedinjenja npr. PO43-

14. A, apsorbancija je definisana kao A = log10(Io/I) = -log10(T)
Apsorpcioni Spektar
T, je transparencija. Ona je deo upadne svetlosti propušten kroz uzorak
T = I/Io
Uzorak
Io I
A, apsorbancija je definisana kao
A = log10(Io/I)
= -log10(T)
b- Dužina ćelije
Energija je apsorbovana kroz elektronske prelaze u vezujućim orbitalama analita
Pr: Mesta nezasićenih veza u oprganskim molekulima, npr. dvostruke veze (-C=C-; -C=O, -NC=O) →  *, ili
d →d prelazi u metalnim kompleksima ili Metal d → ligand prelazi
max
talasna dužina na kojoj je A maksimalno
KMnO4

15. [analit]uzorak = (A – c)/m
b) Kvantitativna analiza
i) <Koristi se Beer-Lambert-ova jednačina A =ab c
pripremiti rastvore analita i dodati reagense (ako su neobojeni)
meriti apsorbanciju na poznatim max i b
Naći a i izračunati c.
Molarne apsorptivnosti nisu precizno poznate, stoga ovakva izračunavanja nisu precizna.
Teško se radi ovako
ii) Koristiti kalibracione krive – uobičajen metod.
Prepremiti set standarda i dodati reagense
Meriti njihove apsorbancije na max
Nacrtati A prema c:
A = m[analit]standards + c
Izmeriti apsorbanciju analita
Izračunati koncentraciju analita
[analit]uzorak = (A – c)/m

16. Boja i struktura molekula
Boja supstancije je određena neapsorbovanim delom
kontinualnog spektra zračenja, znači onim delom koji je
propušten i koji je komplementaran sa apsorbovanim delom bele svetlosti.
Položaj i oblik apsorpcionih traka različitih supstancija u VIZ i UV delu spektra u vezi je sa strukturom tih supstancija
Atomi ili atomske grupe čija ekscitacija elektrona dovodi do apsorpcije fotona nazivaju se hromoforama i njihovo prisustvo u molekulu odgovorno je za boju supstancije
Najčešće hromofore u organskim molekulima su atomske grupe sa dvostrukim i trostrukim vezama u kojima su elektroni labavije vezani
Hromofrne grupe su: C=C, N=N, C=O, -N=O- itd.
Joni prelaznih metala kao i usamljeni parovi elektrona u radikalima predstavljaju hromofore

17. Mineral obojen zbog apsorpcije metalnog jona

18. Boja kompleksa prelaznih metala
Rubin
Korund
Al2O3 sa nečistoćama Cr3+
Safir
Korund
Al2O3 sa nečistoćama Fe2+ i Ti4+
oktaedarski raspored gde metalni
centar ima koordinacioni broj 6
Smaragd
Beril
AlSiO3 koji sadrži Be sa nečistoćom Cr3+

19. Vidljivi spektar
Talasna dužina

20. Ako supstancija ovde
apsorbuje......
ovde se
javlja boja

21. Oduzimanjem apsorbovane svetlosti dolazimo do boje koju vidimo

22. Rastvor kompleksa titana(III) ima ljubičastu boju jer apsorbuje žuto i zeleno

23. Ljubičasto obojen filter apsorbuje žutu i zelenu boju bele svetlosti

24. Rastvori halogena u CCl4
Fluor-bezbojan
Hlor-apsorbuje ljubičasto i plavo-žuto zelen
Brom-apsorbuje plavo i deo zelenog-mrko crven
Jod-apsorbuje zeleno-roze ili purpuran

25. Boja kompleksa prelaznih metala može da se korelira sa ligandima koje metali vezuju Svi kompleksi sadrže Co(III) i 5NH3

26. Alura crveno, boja za hranu
Generalno ravan molekul
prstenovi ugljenikovih atoma
Azotovi atomi povezuju prstenove
Elektroni u prstenovima pokrtetljivi i apsorbuju svetlost.
Većina boja koje se koriste u industriji hrane su slične strukture.

27. Kristalno ljubičasto
Molekul sa konjugovanim pi () vezama

28. Boja i struktura
Batohromni efekat predstavlja pomeranje apsorpcionog maksimuma prema većim talasnim dužinama što se postiže ubacivanjem nezasićenih konjugovanih grupa.
Hipsohromni efekat je suprotan od batohromnog i predstavlja pomeranje apsorpcionog maksimuma prema kraćim talasnim dužinama ubacivanjem npr. CH2 grupe.
Hiperhromni efekat predstavlja povećanje apsorbancije apsorpcione trake uvođenjem auksohromnih grupa kao što su OH, OR, OCH3, NH2 u kiseloj sredini ili antiauksohromne grupe CN, CO, NO koje deluju u baznoj sredini.
Hipohromni efekat nastaje kada strukturne promene u molekulu dovode do snižavanja apsorbancije apsorpcionog maksimuma usled strukturnih promena u molekulu.

29. Optička aktivnost

30. Polarizacija EM zračenja

31. Polarizacija EM zračenja
EM zračenje se sastoji od oscilacija električnog i magnetskog polja, uzajemno normalnih. Generalno, oscilacije električnog polja se NE dešavaju u određenoj (y,x) ravni. Zračenje nije polarizovano. l

32. Polarizacija EM zračenjay x z
Kada EM zračenje nije polarizovano, svi tipovi oscilacija su jednako verovatni. Kao posledica, ravan oscilacija EM zračenja varira haotično sa vremenom.

33. Polarizacija EM zračenja
Polarizacioni filter može izmeniti nepolarizovanu u linerno polarizovanu EM zračenje. Dobar primer je polaroid filter koji se sastoji od paralelno postavljenih izduženih molekula. Samo svetlost polarizovana duž izvesnog pravca prolazi kroz filter, dok je normalna komponenta potpuno apsorbovana.  
Vertikalno polarizovana komponenta EM zračenja prolazi.
Nepolarizovano EM zračenje
Horizontalno polarizovana komponenta je apsorbovana

34. Polarizacija se može dobiti od nepolarizovanog zraka
selektivnom apsorpcijom
refleksijom
rasejavanjem

35. Polarizacija EM zračenja
Linearno polarizovano zračenje se vrši u jednoj ravni i vrh električnog vektora opisuje sinusoidu. Linearno polarizovana svetlost odgovara superpoziciji levo i desno cirkularno polarizovanim talasima istog intenziteta. y x z y y x z z y x z y z

36. Linearno polarizovana svetlost

37. Poređenje linearno i cirkularno polarizovane svetlosti
Vektor E (električnog polja) linearno polarizovane svetlosti (takođe se zove i polarizovana svetlost u ravni)-osciluje u ravni sa promenjljivim intenzitetom (konstantan pravac a modulisana amplituda).
Nasuprot tome vektor E cirkularno polarizovane svetlosti osciluje sa konstantnom amplitudom menjejući pravac (modulisani pravac).
Treba uočiti da vrh električnog vektora opisuje spiralni trag u prostoru (koji može biti u smeru
kazaljke na sdatu ili suprotnom)
Optička aktivnost znači da supstancija interaguje različito sa levo i desno cirkularno polarizovanom svetlošću manifestujući dva različita ali povezana fenomena:
1) Optička rotacija – posledica različitih indeksa prelamanja za desno i levo cirkularno polarizovanu svetlosta -- tj., nL nD
optički inaktivna, nL= nD
optički aktivna, nL nD

38. Optička aktivnost
Optički aktivne supstancije su providne supstancije koje obrću ravan polarizovane svetlosti

39. Optička aktivnost
Različit indeks prelamanja se javlja zbog oblika molekula. Molekuli oblika spirale (heliksa) odgovaraju različito zavisno da li su L ili D-oblik.
- Due to shape of molecule. Spatial variation of EM field over molecule.
- Helix shaped molecules respond differently to left and right hand polarized light.
- Angle of rotation after passing through a medium. N = number density. µ0 = permeability of vacuum.

40. OPTIČKA AKTIVNOST OPTIČKI AKTIVNE SUPSTANCIJE ROTIRAJU
RAVAN POLARIZACIJE POLARIZOVANE SVETLOSTI

41. KOJA JE RAZLIKA IZMEĐU DESNE I LEVE RUKE?

42. NAŠ SVET JE SVET DEŠNJAKA
SPIRALNE STEPENICE SE PENJU NAVIŠE U SMERU KAZALJKE NA SATU
APPROX. 90% SU DEŠNJACI
APPROX. 10% LEVACI

43. Ova grupa atoma je ISPRED, ali ide IZA pri rotaciji
Molekuli, kao i vaše ruke, koji ne mogu da se rotacijom ili pomeranjem poklope sa svojim ogledalskim likom su hiralni.
Ova grupa atoma je ISPRED, ali ide IZA pri rotaciji

44. Dvojno prelamanje (u kristalu kalcita)

45. Louis Pasteur
Pateur je osećao da se enantiomeri mogu razlikovati/razdvojiti samo živim organizmima

46. Optička aktivnost (zove se i “hiralnost”)
Obrtanje ravni polarizovane svetlosti srazmerno je rastojanju. Optička aktivnost je otkrivena 1811 od strane Arago-a.
Neke supstancije obrću ravan polarizovane svetlosti u smeru kazaljke na satu (“desnogiri”) a neki u suprotnom smeru kazaljke na satu (“levogiri”).

47. Optička aktivnost (zove se i “hiralnost”)
Optička aktivnost potiče od asimetrične strukture molekula ili
kristalne rešetke. Zavisno od toga optička aktivnost može biti:
Permanantna kada se ova osobina ne gubi sa promenom
stanja date supstancije
Promenjljiva kada se optička aktivnost javlja samo
u kristalnom stanju dok se gubi pri topljenju ili sublimaciji

48. Promenjljiva optička aktivnost-desnogiri i levogiri materijali
Većina prirodnih materijala ne pokazuje hiralnost, ali oni koji to pokazuju su optički aktivni
Ovi oblici kvarca imaju istu hemijsku formulu i strukturu ali su ogledalske slike jedan drugoga. Jedan oblik kvarca obrće ravan polarizovane svetlosti u desno i smeru kazaljke na satu a drugi u suprotnom smeru.
Promenom stanja supstancije, odnosno narušavanjem spiralnog rasporeda čvorova kristalne rešetke, gubi se optička aktivnost.
Ovakvo ponašanje pokazuje kvarc, natrijum hlorat ili kalijum bromat

49. Levogiri i desnogiri molekuli
Ključni molekuli života su skoro svi levogiri. Šećer je jedna od najhiralnijih poznatih supstancija.
Ako bi hteli da otkrijete znake života na drugoj planeti trebalo bi da potražitite hiralnost.
Molekuli pogrešne hiralnosti mogu izazvati ozbiljne bolesti (npr.talidimid) dok je drugi “enantiomer” bezopasan.

50. Enantiomeri (ne mogu se poklopiti sa ogledalskom slikom)

51. Permanantna optička aktivnost
Najčešće optička aktivnost molekula potiče od prisustva asimetričnog atoma (atomi čije su valence asimetrično zaposednute, različitim atomima ili grupama atoma). Najčešće je to asimetrični ugljenikov atom. Tako kod -hidroksipropionske kiseline asimetrični ugljenikov atom se nalazi u centru tetraedra, a u rogljevima su smeštene četiri različite atomske grupe: H, COOH, CH3 i OH (od -amino kiselina samo glicin ne pokazuje optičku aktivnost).

52. Permanantna optička aktivnost
I drugi atomi kao: Si, N, P, S, Se, Te, Cr, Co, platinski metali i dr. mogu biti asimetrični centri koji izazivaju optičku aktivnost. Svi oni takođe imaju tetraedarsku strukturu. I kompleksne soli metala sa koordinacionim brojem četiri (Cu, Pb, Co, Pd i Pt), ako su vezani za različite atome ili atomske grupe takođe pokazuju optičku aktivnost. Centralni katjon može imati i koordinacioni broj 6, a molekul tada ima oktaedarsku strukturu.
Inozit zbog asismetrije molekula
takođe pokazuje optičku aktivnost

53. Permanantna optička aktivnost
Optičkim enantiomeri ili antipodi su dva oblika istog optički
aktivnog jedinjenja pri čemu jedan odgovara ogledalskom liku
drugoga. Enantiomeri imaju identične hemijske osobine sem kada
reaguju sa drugim hiralnim jedinjenjima (često pokazuju i različitu
rastvorljivost u rastvaračima koji se sastoje od hiralnih molekula).
Posledica ove razlike u reaktivnosti je da se enantiomeri mogu
razlikovati u mirisu i biološkoj i farmakološkoj aktivnosti, a samo
jedan od enantiomera pokazuje ovu aktivnost.
Sintetičke supstancije sadrže uvek oba enantiomera u istim
količinama, tako da je nagrađena smeša optički inaktivna i naziva
se racematskom smešom. Amino kiseline laboratorijski
sintetizovane su racematske smeše. Nasuprot tome reakcije u živim
ćelijama kao rezultat daju samo jedan enantiomer koji je biološki
aktivan.

54. Specifična rotacija ugao rotacije
specifična rotacija čiste supstancije
specifična rotacija rastvora optički
aktivne supstancije
molarna rotacija

55. Cirkularni dihroizam
"Dihroizam" se koristi da označi apsorpciju svetlosti koja zavisi od pravca i javlja se kod optički aktivnih supstancija. Stoga cirkularni dihroizam se odnosi na različitu apsorpciju polarizovane svetlosti paralelno ili normalno na neku referentnu osu.
“Dvojno prelamanje” se odnosi na zavisnost indeksa prelamanja od pravca

56. Cirkularni dihroizam .
2) Cirkularni dihroizam- posledica razlčitih koeficijenata ekstinkcije za L i D CPS (tj, L D).
Polarizovana svetlost u ravni se može smatrati da se sastoji od L- i D cirkularno polarizovanih komponenata istog intenziteta. Različita apsorpcija L i D komponenata, posle prolaska kroz optički aktivnu sredinu menja polarizovanu svetlost u ravni u eliptično polarizovanu svetlost.
Tehnika optičke rotacione disperzije (ORD) ispituje zavisnost
optičke aktivnosti od talasne dužine

57. Shematski prikaz CD spektrometra
3) Optička rotaciona disperzija (ORD) i csirkularni dihroizam (CD) su matematički povezane pojave i ako merite jednu drugu možete izračunati korišćenjem postupka koji se zove Kronig-Kramers-ova transformacija.
4) CD se češće koristi od ORD za ispitivanje biomolekula.
- Bolja rezolucija (ORD signal je proširen).
- Bolja osetljivost.
- Lakše za dešifrovanje (1:1 odnos između apsorpcionih pikova i CD signala).
Shematski prikaz CD spektrometra